煤矿围岩控制与检测复习题

支承压力的定义和分布的一般规律。煤炭采出后，由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力，叫支承压力。工作面的前支承压力，其应力集中系数K=2.5～3，峰值在工作面前方4～8m左右位置，其影响范围可达工作面前方40～60m，甚至90～100m。工作面侧支承压力，其应力集中系数K=2～3，峰值离采空区边缘15～20m，影响范围距采空区边缘15～30m。工作面侧向方向上的应力降低区的宽度一般在在10m以内。采空区支承压力，采空区应力增高系数通常小于1，个别情况下达到1.3采煤工作面压垮型事故的概念分类、预防措施。压垮型：由垂直于层面方向的顶板压力压坏采场支架而导致冒顶。垮落带老顶岩块压坏采场支架。垮落带老顶岩块冲击压坏采场支架。裂隙带老顶岩块压坏采场支架。采场支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的压力。采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。采煤工作面从开切眼开始推进到正常工作面的顶板运动规律。当直接顶垮落厚度达1M以上，垮落长度达采煤工作面长度一半时，就叫直接顶初次垮落。随着采煤工作面的推进，梁的跨度愈来愈大，老顶就直接弯曲，下沉；当老顶的双支点梁达到极限跨距时，它就断裂，下沉。这时，采煤工作面内顶板下沉加快，煤壁片帮严重，支架受力增大，甚至发生顶板台阶下沉等老顶来压现象，工作面采煤以来老顶第一次大规模来压，叫做老顶的初次来压。老顶初次来压后，随着采煤工作面的继续推进老顶岩梁周期性断裂，下沉，工作面内周期性地出现下沉加快，煤壁严重片帮，支架受载增大以及顶板台阶下沉等老顶来压现象，叫做老顶周期来压。综采工作面顶板支护设计初撑力的计算依据。①初撑力能平衡支架上方直接顶岩层的重量（包括采空区上方将被切断的那段悬顶）；②支架后端的初撑力能平衡采空区上方将要被切断的直接顶悬顶岩重；③初撑力产生的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方直接顶岩层所产生的力矩；④支架的初撑力应能防止下位岩层（直接顶岩层）发生推垮型顶板事故，对于近水平煤层，可不考虑下位岩层的推垮事故。巷道破坏变形的影响因素和形式。变形形式：顶底板移近，包括顶板下沉，底板鼓起，两帮移近。破坏形式：顶板冒落，底板鼓起，两帮收缩。影响因素：所处的地应力状态。巷道是否受采动影响。围岩性质和强度。支护对策及支护方式。支架围岩关系。巷道围岩压力的概念、分类和影响因素。围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力。松动围岩压力（2）变形围岩压力（3）膨胀围岩压力（4）冲击和撞击围岩压力。因素：围岩压力因素，地质因素，巷道支护方法，开采技术。巷道围岩控制的原理和方法。控制原理：人们根据巷道围岩应力、围岩强度以及它们之间相互关系，选择合适的巷道布置和保护及支护方式。控制方法：从巷道围岩控制的角度布置巷道。尽量避开采掘活动的影响，将巷道布置在煤层开采后所形成的应力降低区域内。尽量避免支撑压力叠加的强烈作用，或者尽量缩短支撑压力影响时间。选择稳定的岩层或煤层布置巷道，尽量避免水与松软膨胀岩层直接接触。巷道通过地址构造带时，巷道轴向应尽量垂直断层构造带或向，背斜构造。相邻巷道或硐室之间选择合理的岩注宽度。巷道的轴线方向方应尽可能与构造方向平行，避免与构造应力方向垂直。巷道的保护及支护措施。通过在巷道围岩中钻孔卸压，切槽卸压，宽面掘巷卸压以及在巷旁留专门的卸压空间等方法。采用围岩钻孔注浆，锚杆支护，锚索支护，巷道周边喷浆，支架壁厚充填，围岩疏干封闭等方法，增高围岩强度，优化围岩受力条件和赋存环境。架设支架对围岩施加径向力。锚杆支护巷道冒顶的特点。锚杆支护巷道冒顶事故一般都发生在地质条件变化的地点锚杆支护巷道冒顶范围较大，冒顶宽度一般小于巷道宽度，冒顶高度一般是巷道高度的1~2倍，呈现顶板整体冒落状态，大多发生在掘进施工期间。锚杆支护巷道冒顶大多瞬间发生，随机性大，呈突发性。锚固区外冒顶的原因和预防措施。顶板为离层型或镶嵌型结构。补强的锚索部分或全部失效。掌握地质资料与开采条件。确保锚索施工质量。锚杆锚固区内形成稳定的压缩拱岩梁。某工作面，煤层厚度为2.5m，倾角12°，顶板分层，自下而上为：页岩0.8m，砂页岩1.0m，页岩1.2m，泥岩1.3m，中砂岩2.0m，细砂岩3.0m，再上为中砂岩。请确定垮落带岩层的厚度（其中Kl=1.33，Kz=1.5）。解：理想直接顶厚度为h依题意可知实际直接顶厚度为：h=0.8+1+1.2+1.3=4.3m故直接顶垮落厚不能完全填满采空空间。根据HiH≥4.5-2.15≥2.35不符合要求H≥1.69垮落带老顶概念：当老顶岩层厚度小于5~6m时，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，断块间会失去水平力的联系，从而不能形成平衡结构者为垮落带老顶。裂隙带老顶：当老顶岩层厚度小于5~6m时，在其断裂、旋转、下沉及触矸过程中，断块间能够互相挤紧，从而形成能够承受载荷并把自身及上位岩层的重量施加到采空空间周围的岩体及垮落矸石之上的平衡结构者为裂隙带老顶。容重的概念：单位体积岩石的重量。碎胀性：岩石破碎后的体积将比整体状态下的体积大。碎胀系数：岩石破碎膨胀后的体积与岩石处于整体状态下体积的比值。掩护式支架结构特点：掩护式支架采用四连杆加立柱结构，本身比较稳定，因而纵向和横向稳定性均较好，具有抵抗来自沿层面方向推力的能力。支柱与掩护梁连接，底座与掩护梁四连杆连接。掩护式支架挡矸性能良好，但其支撑力主要集中在支架前部，对基本顶来压强烈的顶板适应性差，宜在直接顶破碎而基本顶来压不明显的条件下使用。掩护式支架采用四连杆加立柱结构，支架纵向和横向的稳定性均较好，因而支架的防护与稳定性能好，能抵抗来自沿层面方向的推力，但支撑性能差。支撑式支架结构特点：支架结构本身纵向与横向的稳定性都不好，不能抵抗来自沿层面方向推力的能力。ZF5800~28/42的意义：四柱支撑掩护式放顶煤支架，工作阻力5800，支架高度18-28.DZ25-25/100：单体液压支柱，油缸直径100mm，最大支撑高度2500mm。压垮型顶板事故的定义，分类及预防措施。压垮型：由垂直于层面方向的顶板压力压坏采场支架而导致冒顶。垮落带老顶岩块压坏采场支架。垮落带老顶岩块冲击压坏采场支架。裂隙带老顶岩块压坏采场支架。采场支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及老顶岩层的压力。采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层。采场支架的可缩量应能满足裂隙带老顶下沉的要求。推跨型顶板事故的概念：由平行于层面方向的顶板压力推倒采场支架而导致的冒顶。综采工作面支护计算时，初撑力的计算依据。①初撑力能平衡支架上方直接顶岩重；②支架后端的初撑力能平衡采空区上方将要被切断的直接顶悬顶岩重；③初撑力产生的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方直接顶岩重所产生的力矩。单体液压支柱工作面支护计算时，初撑力的计算依据。综采工作面支护计算步骤。（1）计算垮落带岩层（直接顶和垮落带老顶）的范围；（2）计算支架应满足的工作阻力;（3）计算支架的初撑力（4）计算裂隙带老顶岩块的回转下沉在采煤工作面造成的顶板下沉量，在此基础上计算支架的最大和最小支撑高度。（5）计算直接顶初次垮落时支架所应满足的初撑力；（6）计算老顶初次来压时支架的工作阻力。综采工作面顶板支护设计的方法。预防事故的方法。估算法。理论计算。经验法。复合顶板的概念。指采煤后特别容易离层的顶板第一个分层，厚度通常在0.5m-3.0m之间。关键层。浅埋煤层。具有浅埋深、薄基岩、上覆厚松散层赋存特征的煤层。基载比。基岩与载荷层厚度之比。岩石的吸水性和软化性。岩石的吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。岩石浸水后其强度明显降低，通常用软化系数来表示水分对岩石强度的影响程度。岩石的膨胀性和崩解性。岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大现象。岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。岩石的结构。1)砾状结构——指由粒径大于2mm的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构类型，如砾岩；2)砂质结构——指粒径变化在2~0.05mm之间的碎屑结构类型，如砂岩；3)粉砂质结构——指粒径变化在0.05~0.005mm之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩；4)泥质结构——指粒径小于0.005mm的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩。岩石的孔隙性和视密度。岩石的视密度是指单位体积的岩石(包括空隙)的质量岩石的孔隙性是指岩石中孔洞和裂隙的发育程度，常用孔隙度表示。岩石的弹性与弹性类型。岩石的弹性:卸载后岩石变形能完全恢复的性质线弹性（2）完全弹性（3）滞弹性岩石的塑性。岩石的塑性：由于岩石是由多种造岩矿物组成，岩石构造中总有某些缺陷，如有些矿物晶体发育不完全，晶粒排列不细密，存在孔隙、微裂隙、层理面、软弱夹层等，因此常使岩石卸载后其变形不能完全恢复而出现残余变形，也就是说岩石受载时具有塑性特征。全应力应变曲线的4个阶段。第一区段属于压密阶段，；第二区段相应于弹性工作阶段，第三阶段为材料的塑性性状阶段最后区段为材料的破坏阶段应变硬化。扩容。应变软化岩体的概念。岩体是地质体的一部分，处于一定的地质环境中，由各种岩性和结构特征的岩石所组成的集合体。结构面的概念。结构面是指在地质历史中形成的，具有一定方向和延展长度的地质界面，如岩体中存在的节理、断层、层面以及软弱夹层等，都统称为结构面或不连续面。节理的分类。岩体的分类。按照岩体被结构面分割的程度分：完整岩体、块状岩体、层状岩体、碎裂岩体、松散岩体。巷道围岩的分区。破裂区，塑性区，弹性区，原始应力区。塑性区范围的确定方法。超声波探测，钻孔探测，多点位移观测，经验法。巷道的应力影响带的概念。巷道围岩应力受扰乱的区域。圆形巷道应力影响带的范围。在静水压应力场中，巷道的应力影响区域形状为半径等于6r的圆。在非静水压应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般为长轴不大于12r的椭圆。大巷，上、下山间距的取值范围。大巷的间距以20~40m为宜，上下山及集中巷间距以15~30m为宜。应力场。原岩应力场:天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。构造应力场。由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。地应力分布的一般规律。实测铅直应力基本上等于上覆岩层的自重应力。水平应力普遍大于铅直应力。平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小。最大水平主应力和最小水平主应力，一般相差较大。考虑地应力因素合理的巷道布置方向巷道轴向与构造应力方向平行时，构造应力对巷道的稳定性影响最小；巷道轴向与构造应力方向垂直时，影响最大。采动影响巷道围岩变形量的组成。巷道顶板下沉